CN116626779A - 一种潜山地层孔隙度计算方法及系统 - Google Patents
一种潜山地层孔隙度计算方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于油气地质勘探技术领域，本发明涉及一种潜山地层孔隙度计算方法及系统，通过光谱测量实验分析岩石主要氧化物含量，分析录取潜山地层录井元素资料获得录井元素含量，进行烧失量校正、岩心刻度及预处理获得录井元素含量曲线；归类合并潜山地层岩性，划分岩性类别；基于常规测井曲线和录井元素含量曲线，识别岩性类别；对不同岩性类别，将岩心分析孔隙度与对应用深度的测井密度、声波时差及录井元素含量值作单相关分析，得到孔隙度敏感曲线；利用孔隙度敏感曲线，对岩心孔隙度进行多元线性拟合，得到不同岩性类别的孔隙度计算模型，进而通过模型计算潜山地层孔隙度。本发明能够实现在井剖面上连续准确评价潜山地层孔隙度的目的。
Description
技术领域
本发明属于油气地质勘探技术领域，具体地说，涉及一种潜山地层孔隙度计算方法及系统。
背景技术
储层孔隙度是评价储层质量的一项重要指标。潜山地层由于其岩性繁多，矿物组分复杂多变，加上次生孔隙（裂缝、溶洞等）发育，给其孔隙度计算带来了较大的挑战。目前主要采用以下三种方法计算潜山复杂岩性地层孔隙度。
（1）直接对岩心样品进行实验分析，如利用氦孔隙度测量仪测量样品孔隙度，该方法获取的数据最为直接可靠，常用于标定由其他间接方法求取的孔隙度。但该方法受样品数量、测试时间、费用等条件的限制，只能在主要目的层段小规模使用，因而无法获得单井剖面上连续的孔隙度数据。
（2）基于常规三孔隙度测井资料（密度、中子和声波时差），首先确定岩石骨架参数，继而利用岩石物理体积模型计算孔隙度。该方法利用常规密度、中子和声波测井资料计算孔隙度时，认为岩石的骨架参数是不变的，但实际上由于潜山地层矿物组分的多变性，不同类别岩石的骨架密度值相差较大，故采用单一骨架密度值计算孔隙度会带来很大的误差；而岩石充填矿物中结合水的存在和粘土蚀变作用产生的结合水，会使得中子测量值偏高，难以反映地层真实孔隙度；虽然岩石骨架声波时差值变化范围较小，但潜山地层中裂缝的广泛发育对声波测井值影响较大，降低了孔隙度的计算精度。
（3）进行元素俘获谱测井（简称：ECS），通过氧化物闭合模型求取主要造岩元素含量，然后利用多元素含量构建岩石变骨架密度模型，最后通过岩石物理体积模型计算孔隙度。该方法中，元素俘获谱测井能够通过测量主要造岩元素含量获得岩石的变骨架密度，进而求取较为准确的孔隙度数据，但由于其费用高昂，一般只针对重点井位使用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的孔隙度计算精度低等上述问题，提供一种潜山地层孔隙度计算方法及系统，有效消除了由于测量原理、流程不同造成的元素录井与岩心测量值之间差异性问题，有效提高了潜山复杂岩性地层孔隙度的计算精度。
本发明第一方面，提供了一种潜山地层孔隙度计算方法，其具体步骤为：
S1、对岩石岩心开展光谱测量实验，获得岩石中主要氧化物的相对百分含量，统计光谱测量实验过程中岩石的平均烧失量百分比；所述氧化物包括Al 2 O 3、CaO、Fe 2 O 3、K 2 O、MgO、MnO、Na 2 O、P 2 O 5、TiO、SiO 2；
S2、对潜山地层钻进过程中录取的岩屑样品进行录井元素含量分析，获得岩石主要录井元素的质量百分含量；所述录井元素包括Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、Mn、Fe；
S3、参照步骤S1中的氧化物类型，将步骤S2中获得的Na、Mg、Al、Si、P、K、Ca、Ti、Mn、Fe10种录井元素质量百分含量转化为相应的氧化物含量；
S4、对步骤S3获得的氧化物含量进行烧失量校正，获得校正后各氧化物相对百分含量；
S5、分别将步骤S1获得的氧化物相对百分含量和步骤S4中校正后的氧化物相对百分含量转换为非氧元素的相对百分含量；
S6、以岩心元素含量为标准，读取非氧元素相对百分含量对应深度的录井元素含量值，对Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量进行刻度，得到最终录井元素数据；
S7、对最终录井元素数据进行预处理，获得录井元素含量曲线；
S8、对潜山地层岩性归类合并，划分岩性类别；
S9、基于常规测井曲线和步骤S7获得的录井元素含量曲线，对步骤S8中划分的不同岩性类别进行识别，获得单井上连续的岩性剖面；
S10、针对步骤S8中划分的岩性类别，将岩心分析孔隙度与对应用深度的测井密度、声波时差及录井元素含量值作单相关分析，得到不同类别岩性的孔隙度敏感曲线；
S11、利用孔隙度敏感曲线，对岩心孔隙度进行多元线性拟合，得到不同岩性类别的孔隙度计算模型，通过孔隙度计算模型计算潜山地层孔隙度。
在一些实施例中，在所述步骤S1中，按照超基性岩、基性岩、中性岩和酸性岩四大类岩石分别统计光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比，或者按照基性岩、中性岩和酸性岩三大类岩石分别统计光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比。
在一些实施例中，在所述步骤S3中，通过公式（1）将录井元素质量百分含量转化为相应的氧化物含量，公式（1）表示为：
（1）
式中，H iO_mud为录井元素i对应氧化物的质量百分含量，单位：%；H i_mud为录井元素i的质量百分含量，单位：%；M iO为元素i对应氧化物的摩尔质量，单位：g/mol；M i为元素i的摩尔质量，单位：g/mol。
在一些实施例中，在所述步骤S4中，通过公式（2）对步骤S3获得的氧化物含量进行烧失量校正，得到校正后各氧化物相对百分含量，公式（2）表示为：
（2）
式中，G iO_mud为录井元素i对应氧化物的相对百分含量，单位：%；为步骤S3中10种录井元素对应氧化物的质量百分含量之和；H ss_core为光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比，单位：%。
在一些实施例中，在所述步骤S5中，分别通过公式（3）和公式（4）将步骤S1获得的氧化物相对百分含量和步骤S4中校正后的氧化物相对百分含量转换为非氧元素的相对百分含量，公式（3）和公式（4）分别表示为：
（3）
（4）
式中，G i_core为岩心元素i相对百分含量，单位：%；G iO_core为光谱测量实验测量的i氧化物相对百分含量，单位：%；G i_mud为录井元素i相对百分含量，单位：%；G iO_mud为录井元素i对应氧化物的相对百分含量，单位：%。
在一些实施例中，在所述步骤S6中，采用最小二乘回归法对Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量进行刻度，其中：
Al元素的刻度公式为：Al=1.0107*Al 录井+0.3417；
Ca元素的刻度公式为：Ca=1.1752*Ca 录井-0.347；
Fe元素的刻度公式为：Fe=1.0197*Fe 录井+0.0513；
Mg元素的刻度公式为：Mg=0.9713*Mg 录井-0.1476；
K元素的刻度公式为：K=1.2178*K 录井-0.3291；
Si元素的刻度公式为：Si=1.177*Si 录井-5.2565。
在一些实施例中，在所述步骤S7中，获得录井元素含量曲线的具体步骤为：以常规测井采样间隔为标准，对最终录井数据进行多次样条插值处理，获得与测井曲线采样率一致的录井元素含量曲线。
在一些实施例中，在所述步骤S9中，对步骤S8中划分的岩性类别进行识别的具体步骤为：
采用规则化处理方法，从常规测井曲线中提取反映岩性的正则化自然伽马NGR、密度和中子孔隙度差值Δϕ及骨架岩性指数P值三个测井特征参数，其中：
（5）
（6）
（7）
式中，GR为自然伽马，单位：API；GR min为自然伽马最小值，单位：API；ϕ D为灰岩刻度的视密度孔隙度；ϕ N为中子孔隙度；U为体积光电吸收界面指数，U=PE*DEN，单位：bar/ cm 3；PE为岩石光电吸收截面指数，单位：b/e；U f为流体体积光电吸收截面，取0.36bar/cm 3；DEN为密度测井值，单位：g/cm 3；DT为声波时差测井值，单位：μs/ft；DT f为流体声波时差值，取189μs/ft；
基于录井元素含量曲线Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量构建指示岩性变化的岩性敏感系数Z1、Z2和Z3，分别表示为：
（8）
（9）
（10）
式中，Si max为单井硅元素含量最大值，单位：%；Si 基线为单井硅元素含量基线值，单位：%；Al max为单井铝元素含量最大值，单位：%；Al 基线为单井铝元素含量基线值，单位：%；Ca max为单井钙元素含量最大值，单位：%；Ca 基线为单井钙元素含量基线值，单位：%；
基于岩性敏感系数利用Fisher判别分析方法建立潜山地层不同岩性的判别函数表示为：
（10）
式中，f为判别函数，a、b、c、d、e、f、g为常数。
本发明第二方面，提供了一种潜山地层孔隙度计算系统，包括：
实验装置，对岩石岩心开展光谱测量实验，获得岩石中主要氧化物的相对百分含量，所述氧化物包括Al 2 O 3、CaO、Fe 2 O 3、K 2 O、MgO、MnO、Na 2 O、P 2 O 5、TiO、SiO 2；
统计模块，统计光谱测量实验过程中岩石的平均烧失量百分比；
分析模块，对潜山地层钻进过程中录取的岩屑样品进行录井元素含量分析，获得岩石主要录井元素的质量百分含量；所述录井元素包括Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、Mn、Fe；
转化模块，参照所述氧化物类型，将分析模块获得的Na、Mg、Al、Si、P、K、Ca、Ti、Mn、Fe10种录井元素质量百分含量转化为相应的氧化物含量；
校正模块，对转化模块获得的氧化物含量进行烧失量校正，获得校正后各氧化物相对百分含量；
转换模块，分别将实验获得的氧化物相对百分含量和校正模块校正后的氧化物相对百分含量转换为非氧元素的相对百分含量；
刻度模块，以岩心元素含量为标准，读取非氧元素相对百分含量对应深度的录井元素含量值，对Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量进行刻度，得到最终录井元素数据；
预处理模块，对最终录井元素数据进行预处理，获得录井元素含量曲线；
划分模块，对潜山地层层段多种不同名称岩性进行归类合并，划分为若干种矿物成分类似的岩性类别；
识别模块，基于常规测井曲线和预处理模块获得的录井元素含量曲线，对划分模块划分的不同岩性类别进行识别，获得单井上连续的岩性剖面；
曲线生成模块，针对划分模块划分的不同岩性类别，将岩心分析孔隙度与对应用深度的测井密度、声波时差及录井元素含量值作单相关分析，得到不同类别岩性的孔隙度敏感曲线；
模型生成模块，利用孔隙度敏感曲线，对岩心孔隙度进行多元线性拟合，得到不同岩性类别的孔隙度计算模型；
计算模块，通过孔隙度计算模型计算潜山地层孔隙度。
在一些实施例中，在所述预处理模块中，获得录井元素含量曲线的具体步骤为：以常规测井采样间隔为标准，对最终录井数据进行多次样条插值处理，获得与测井曲线采样率一致的录井元素含量曲线。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提供的潜山地层孔隙度计算方法及系统，一方面对录井元素数据进行烧失量、岩心刻度及预处理，有效消除由于测量原理、流程不同造成的元素录井与岩心测量值之间的差异性问题。另一方面直接利用测井密度、声波时差及录井元素含量曲线之间的相关性得到不同类别岩性的孔隙度敏感曲线，利用孔隙度敏感曲线，对岩性孔隙度进行多元线性拟合，得到不同类别岩性的孔隙度计算模块，克服了岩心孔隙度测试方法代表性不强、常规测井孔隙度计算方法精度低以及元素俘获谱测井实施范围小等缺陷，有效提高了潜山复杂岩性地层孔隙度计算的精度。
附图说明
图1为本发明实施例所述潜山地层孔隙度计算方法的流程图；
图2为本发明实施例所述潜山地层孔隙度计算系统的结构框图；
图3为本发明实施例所述A井岩心元素Al含量与烧失量矫正后录井Al元素含量交会图；
图4为本发明实施例所述A井岩心Ca元素含量与烧失量矫正后录井Ca元素含量交会图；
图5为本发明实施例所述A井岩心Fe元素含量与烧失量矫正后录井Fe元素含量交会图；
图6为本发明实施例所述A井岩心Mg元素含量与烧失量矫正后录井Mg元素含量交会图；
图7为本发明实施例所述A井岩心K元素含量与烧失量矫正后录井K元素含量交会图；
图8为本发明实施例所述A井岩心Si元素含量与烧失量矫正后录井Si元素含量交会图；
图9为本发明实施例所述A井潜山地层录井元素处理前后元素含量与岩心元素含量交会图；
图10为本发明实施例所述A井潜山地层孔隙度计算结果示意图。
图中，1、实验装置，2、统计模块，3、分析模块，4、转化模块，5、校正模块，6、转换模块，7、刻度模块，8、预处理模块，9、划分模块，10、识别模块，11、曲线生成模块，12、模型生成模块，13、计算模块。
具体实施方式
下面，结合附图通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
本发明提供了一种潜山地层孔隙度计算方法及系统，通过光谱测量实验分析岩石主要氧化物含量，分析录取潜山地层录井元素资料获得录井元素含量，进行烧失量校正、岩心刻度及预处理获得录井元素含量曲线；归类合并潜山地层岩性，划分岩性类别；基于常规测井曲线和录井元素含量曲线，识别岩性类别；对不同岩性类别，将岩心分析孔隙度与对应用深度的测井密度、声波时差及录井元素含量值作单相关分析，得到孔隙度敏感曲线；利用孔隙度敏感曲线，对岩心孔隙度进行多元线性拟合，得到不同岩性类别的孔隙度计算模型，进而通过模型计算潜山地层孔隙度。能够实现在井剖面上连续准确评价潜山地层孔隙度的目的。以下结合附图对本发明上述潜山地层孔隙度计算方法及系统进行详细说明。
参见图1，本发明实施例提供了一种潜山地层孔隙度计算方法，其具体步骤为：
S1、对岩石岩心开展光谱测量实验，获得岩石中主要氧化物的相对百分含量，统计光谱测量实验过程中岩石的平均烧失量百分比。所述氧化物包括Al 2 O 3、CaO、Fe 2 O 3、K 2 O、MgO、MnO、Na 2 O、P 2 O 5、TiO、SiO 2。
具体的，按照超基性岩、基性岩、中性岩和酸性岩四大类岩石分别统计光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比。或者按照基性岩、中性岩和酸性岩三大类岩石分别统计光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比。
S2、对潜山地层钻进过程中录取的岩屑样品（1米采样间隔），利用X射线录井仪（如EML200型仪器）进行录井元素含量分析，获得岩石主要录井元素的质量百分含量。所述录井元素包括Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、Mn、Fe。
S3、参照步骤S1中的氧化物类型，通过公式（1）将步骤S2中获得的Na、Mg、Al、Si、P、K、Ca、Ti、Mn、Fe10种录井元素质量百分含量转化为相应的氧化物含量，公式（1）表示为：
（1）
式中，H iO_mud为录井元素i对应氧化物的质量百分含量，单位：%；H i_mud为录井元素i的质量百分含量，单位：%；M iO为元素i对应氧化物的摩尔质量，单位：g/mol；M i为元素i的摩尔质量，单位：g/mol。
S4、通过公式（2）对步骤S3获得的氧化物含量进行烧失量校正，得到校正后各氧化物相对百分含量。公式（2）表示为：
（2）
式中，G iO_mud为录井元素i对应氧化物的相对百分含量，单位：%；为步骤S3中10种录井元素对应氧化物的质量百分含量之和；H ss_core为光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比，单位：%。
S5、分别通过公式（3）和公式（4）将步骤S1获得的氧化物相对百分含量和步骤S4中校正后的氧化物相对百分含量转换为非氧元素的相对百分含量。公式（3）和公式（4）分别表示为：
（3）
（4）
式中，G i_core为岩心元素i相对百分含量，单位：%；G iO_core为光谱测量实验测量的i氧化物相对百分含量，单位：%；G i_mud为录井元素i相对百分含量，单位：%；G iO_mud为录井元素i对应氧化物的相对百分含量，单位：%。
S6、以岩心元素含量为标准，读取非氧元素相对百分含量对应深度的录井元素含量值，对Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量进行刻度，得到最终录井元素数据。
具体的，采用最小二乘回归法对Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量进行刻度，其中：
Al元素的刻度公式为：Al=1.0107*Al 录井+0.3417；
Ca元素的刻度公式为：Ca=1.1752*Ca 录井-0.347；
Fe元素的刻度公式为：Fe=1.0197*Fe 录井+0.0513；
Mg元素的刻度公式为：Mg=0.9713*Mg 录井-0.1476；
K元素的刻度公式为：K=1.2178*K 录井-0.3291；
Si元素的刻度公式为：Si=1.177*Si 录井-5.2565。
S7、对最终录井元素数据进行预处理，获得录井元素含量曲线。其具体步骤：以常规测井采样间隔（0.1524米）为标准，对最终录井数据进行三次样条插值处理，获得与测井曲线采样率一致的六条录井元素含量曲线。
需要说明的是，样条差值处理的次数不限于三次，可根据实际需求进行选择，只要获得的录井元素含量曲线与测量曲线采样率一致即可。
S8、对潜山地层岩性归类合并，划分岩性类别。其具体方法为：
根据岩心X衍射矿物分析资料，对潜山地层层段多种不同名称岩性进行归类合并，将其划分为若干种矿物成分类似的岩性类别，以便于对测录井岩性识别。
S9、基于常规测井曲线和步骤S7获得的录井元素含量曲线，对步骤S8中划分的不同岩性类别进行识别，获得单井上连续的岩性剖面。
识别不同岩性类别的具体步骤为：
采用规则化处理方法，从常规测井曲线中提取反映岩性的正则化自然伽马NGR、密度和中子孔隙度差值Δϕ及骨架岩性指数P值三个测井特征参数。其中：
（5）
（6）
（7）
式中，GR为自然伽马，单位：API；GR min为自然伽马最小值，单位：API；ϕ D为灰岩刻度的视密度孔隙度；ϕ N为中子孔隙度；U为体积光电吸收界面指数，U=PE*DEN，单位：bar/ cm 3；PE为岩石光电吸收截面指数，单位：b/e；U f为流体体积光电吸收截面，取0.36bar/cm 3；DEN为密度测井值，单位：g/cm 3；DT为声波时差测井值，单位：μs/ft；DT f为流体声波时差值，取189μs/ft。
由于不同岩性录井元素中的Al、Ca、Fe、Mg、K、Si六种录井元素上差异特征明显，因此，基于录井元素含量曲线Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量构建指示岩性变化的岩性敏感系数Z1、Z2和Z3，分别表示为：
（8）
（9）
（10）
式中，Si max为单井硅元素含量最大值，单位：%；Si 基线为单井硅元素含量基线值，单位：%；Al max为单井铝元素含量最大值，单位：%；Al 基线为单井铝元素含量基线值，单位：%；Ca max为单井钙元素含量最大值，单位：%；Ca 基线为单井钙元素含量基线值，单位：%。
基于岩性敏感系数利用Fisher判别分析方法建立潜山地层不同岩性的判别函数表示为：
（10）
式中，f为判别函数，a、b、c、d、e、f、g为常数。
例如：花岗岩类的判别函数表示为：
；
辉绿岩的判别函数表示为：
；
构造片岩的判别函数表示为：
；
闪长岩的判别函数表示为：
。
对于未知岩性地层，将其相关参数代入不同岩性的判别函数公式中计算函数值，判别函数最大值所归属的类型即为该潜山地层岩性。
需要说明的是，进行不同岩性类别识别不限于上述Fisher判别分析方法，还可以用神经网络算法或其他智能分类算法实现。
S10、针对步骤S8中划分的岩性类别，将岩心分析孔隙度与对应用深度的测井密度、声波时差及录井元素含量值作单相关分析，得到不同类别岩性的孔隙度敏感曲线。
S11、利用不同类别岩性的孔隙度敏感曲线，对岩心孔隙度进行多元线性拟合，得到不同岩性类别的孔隙度计算模型，通过孔隙度计算模型计算潜山地层孔隙度。
参见图2，本发明实施例还提供了一种潜山地层孔隙度计算系统，其特征在于，包括：
实验装置1，对岩石岩心开展光谱测量实验，获得岩石中主要氧化物的相对百分含量，所述氧化物包括Al 2 O 3、CaO、Fe 2 O 3、K 2 O、MgO、MnO、Na 2 O、P 2 O 5、TiO、SiO 2；所述实验装置1采用市面上现有的光谱测量实验装置；
统计模块2，统计光谱测量实验过程中岩石的平均烧失量百分比；
分析模块3，对潜山地层钻进过程中录取的岩屑样品进行录井元素含量分析，获得岩石主要录井元素的质量百分含量；所述录井元素包括Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、Mn、Fe；
转化模块4，参照所述氧化物类型，将分析模块3获得的Na、Mg、Al、Si、P、K、Ca、Ti、Mn、Fe10种录井元素质量百分含量转化为相应的氧化物含量；
校正模块5，对转化模块4获得的氧化物含量进行烧失量校正，获得校正后各氧化物相对百分含量；
转换模块6，分别将实验获得的氧化物相对百分含量和校正模块5校正后的氧化物相对百分含量转换为非氧元素的相对百分含量；
刻度模块7，以岩心元素含量为标准，读取非氧元素相对百分含量对应深度的录井元素含量值，对Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量进行刻度，得到最终录井元素数据；
预处理模块8，对最终录井元素数据进行预处理，获得录井元素含量曲线；
划分模块9，对潜山地层层段多种不同名称岩性进行归类合并，划分为若干种矿物成分类似的岩性类别；
识别模块10，基于常规测井曲线和预处理模块8获得的录井元素含量曲线，对划分模块9划分的不同岩性类别进行识别，获得单井上连续的岩性剖面；
曲线生成模块11，针对划分模块9划分的不同岩性类别，将岩心分析孔隙度与对应用深度的测井密度、声波时差及录井元素含量值作单相关分析，得到不同类别岩性的孔隙度敏感曲线；
模型生成模块12，利用不同类别岩性的孔隙度敏感曲线，对岩心孔隙度进行多元线性拟合，得到不同岩性类别的孔隙度计算模型；
计算模块13，通过孔隙度计算模型计算潜山地层孔隙度。
在一些实施例中，上述潜山地层孔隙度计算系统还包括服务器14，所述统计模块2、分析模块3、转化模块4、校正模块5、转换模块6、刻度模块7、预处理模块8、划分模块9、识别模块10、曲线生成模块11、模型生成模块12、计算模块13设于所述服务器14内。
在一些实施例中，统计模块2按照超基性岩、基性岩、中性岩和酸性岩四大类岩石分别统计光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比，或者按照基性岩、中性岩和酸性岩三大类岩石分别统计光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比。
在一些实施例中，所述转化模块4通过公式（1）将录井元素质量百分含量转化为相应的氧化物含量。公式（1）表示为：
（1）
式中，H iO_mud为录井元素i对应氧化物的质量百分含量，单位：%；H i_mud为录井元素i的质量百分含量，单位：%；M iO为元素i对应氧化物的摩尔质量，单位：g/mol；M i为元素i的摩尔质量，单位：g/mol。
在一些实施例中，所述校正模块5通过公式（2）对转化模块4获得的氧化物含量进行烧失量校正，得到校正后各氧化物相对百分含量。公式（2）表示为：
（2）
式中，G iO_mud为录井元素i对应氧化物的相对百分含量，单位：%；为转化模块4中10种录井元素对应氧化物的质量百分含量之和；H ss_core为光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比，单位：%。
在一些实施例中，所述转换模块6分别通过公式（3）和公式（4）将实验获得的氧化物相对百分含量和校正模块5校正后的氧化物相对百分含量转换为非氧元素的相对百分含量。公式（3）和公式（4）分别表示为：
（3）
（4）
式中，G i_core为岩心元素i相对百分含量，单位：%；G iO_core为光谱测量实验测量的i氧化物相对百分含量，单位：%；G i_mud为录井元素i相对百分含量，单位：%；G iO_mud为录井元素i对应氧化物的相对百分含量，单位：%。
在一些实施例中，所述刻度模块7采用最小二乘回归法对Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量进行刻度。其中：
Al元素的刻度公式为：Al=1.0107*Al 录井+0.3417；
Ca元素的刻度公式为：Ca=1.1752*Ca 录井-0.347；
Fe元素的刻度公式为：Fe=1.0197*Fe 录井+0.0513；
Mg元素的刻度公式为：Mg=0.9713*Mg 录井-0.1476；
K元素的刻度公式为：K=1.2178*K 录井-0.3291；
Si元素的刻度公式为：Si=1.177*Si 录井-5.2565。
在一些实施例中，所述预处理模块8获得录井元素含量曲线的具体步骤为：以常规测井采样间隔为标准，对最终录井数据进行多次样条插值处理，获得与测井曲线采样率一致的录井元素含量曲线。
需要说明的是，样条差值处理的次数不限于三次，可根据实际需求进行选择，只要获得的录井元素含量曲线与测量曲线采样率一致即可。
在一些实施例中，所述识别模块10对划分模块9划分的不同岩性类别进行识别的具体步骤为：
采用规则化处理方法，从常规测井曲线中提取反映岩性的正则化自然伽马NGR、密度和中子孔隙度差值Δϕ及骨架岩性指数P值三个测井特征参数，其中：
（5）
（6）
（7）
式中，GR为自然伽马，单位：API；GR min为自然伽马最小值，单位：API；ϕ D为灰岩刻度的视密度孔隙度；ϕ N为中子孔隙度；U为体积光电吸收界面指数，U=PE*DEN，单位：bar/ cm 3；PE为岩石光电吸收截面指数，单位：b/e；U f为流体体积光电吸收截面，取0.36bar/cm 3；DEN为密度测井值，单位：g/cm 3；DT为声波时差测井值，单位：μs/ft；DT f为流体声波时差值，取189μs/ft。
基于录井元素含量曲线Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量构建指示岩性变化的岩性敏感系数Z1、Z2和Z3，分别表示为：
（8）
（9）
（10）
式中，Si max为单井硅元素含量最大值，单位：%；Si 基线为单井硅元素含量基线值，单位：%；Al max为单井铝元素含量最大值，单位：%；Al 基线为单井铝元素含量基线值，单位：%；Ca max为单井钙元素含量最大值，单位：%；Ca 基线为单井钙元素含量基线值，单位：%。
基于岩性敏感系数利用Fisher判别分析方法建立潜山地层不同岩性的判别函数表示为：
（10）
式中，f为判别函数，a、b、c、d、e、f、g为常数。
例如：花岗岩类的判别函数表示为：
；
辉绿岩的判别函数表示为：
；
构造片岩的判别函数表示为：
；/>
闪长岩的判别函数表示为：
。
对于未知岩性地层，将其相关参数代入不同岩性的判别函数公式中计算函数值，判别函数最大值所归属的类型即为该潜山地层岩性。
需要说明的是，进行不同岩性类别识别不限于上述Fisher判别分析方法，还可以用神经网络算法或其他智能分类算法实现。
本发明上述实施例提供的潜山地层孔隙度计算方法及系统，一方面对录井元素数据进行烧失量、岩心刻度及预处理，有效消除由于测量原理、流程不同造成的元素录井与岩心测量值之间的差异性问题。另一方面直接利用测井密度、声波时差及录井元素含量曲线之间的相关性得到不同类别岩性的孔隙度敏感曲线，利用孔隙度敏感曲线，对岩性孔隙度进行多元线性拟合，得到不同类别岩性的孔隙度计算模块，克服了岩心孔隙度测试方法代表性不强、常规测井孔隙度计算方法精度低以及元素俘获谱测井实施范围小等缺陷，有效提高了潜山复杂岩性地层孔隙度计算的精度。
以下结合具体实施例对本发明上述潜山地层孔隙度计算方法及系统进行说明。
实施例：对南海东部某油田A井潜山段复杂岩性地层孔隙度进行计算。A井潜山段地层埋深位于3000米~4500米，钻遇有侵入花岗岩、闪长岩、辉绿岩、构造片岩、碎裂岩、构造角砾岩等多种岩性。其具体步骤如下：
S1、针对不同岩性岩心样品开展电感耦合等离子体光谱（ICP-AES）测量实验，获得岩石中10种主要氧化物的相对百分含量，包括：三氧化二铝（Al 2 O 3）、氧化钙（CaO）、三氧化二铁（Fe 2 O 3）、氧化钾（K 2 O）、氧化镁（MgO）、氧化锰（MnO）、氧化钠（Na 2 O）、五氧化二磷（P 2 O 5）、氧化钛（TiO）、二氧化硅（SiO 2）。并根据母岩性质按照基性岩、中性岩和酸性岩三大类岩石分别统计其测量过程中的平均烧失量百分比。A井各类岩石样品测量过程平均烧失量百分比如表1所示。
表1
S2、针对A井潜山地层钻进过程中录取的岩屑样品（1米采样间隔），利用EML200型X射线荧光录井仪进行元素含量分析，获得12种主量元素的质量百分含量，包括：钠（Na）、镁（Mg）、铝（Al）、硅（Si）、磷（P）、硫（S）、氯（Cl）、钾（K）、钙（Ca）、钛（Ti）、锰（Mn）、铁（Fe）。A井10块岩屑样品录井元素含量分析结果如表2所示。
表2
S3、参照照步骤S1中的10种氧化物类型，通过公式（1）将步骤S2中获得的Na、Mg、 Al、Si、P、K、Ca、Ti、Mn、Fe10种录井元素质量百分含量转化为相应的氧化物含量。公式（1）表示为：
（1）
式中，H iO_mud为录井元素i对应氧化物的质量百分含量，单位：%；H i_mud为录井元素i的质量百分含量，单位：%；M iO为元素i对应氧化物的摩尔质量，单位：g/mol；M i为元素i的摩尔质量，单位：g/mol。A井10块岩屑样品录井元素对应氧化物含量如表3所示。
表3
S4、通过公式（2）对步骤S3获得的氧化物含量进行烧失量校正，得到校正后各氧化物相对百分含量。公式（2）表示为：
（2）
式中，G iO_mud为录井元素i对应氧化物的相对百分含量，单位：%；为步骤S3中10种录井元素对应氧化物的质量百分含量之和；H ss_core为光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比，单位：%。
A井10块岩屑样品元素录井烧失量校正后氧化物含量如表4所示。
表4
S5、分别通过公式（3）和公式（4）将步骤S1获得的氧化物相对百分含量和步骤S4中校正后的氧化物相对百分含量转换为10种非氧元素的相对百分含量。公式（3）和公式（4）分别表示为：
（3）
（4）
式中，G i_core为岩心元素i相对百分含量，单位：%；G iO_core为光谱测量实验测量的i氧化物相对百分含量，单位：%；G i_mud为录井元素i相对百分含量，单位：%；G iO_mud为录井元素i对应氧化物的相对百分含量，单位：%。
A井10块岩屑样品元素录井烧失量校正后非氧元素含量如表5所示。
表5
S6、以岩心元素含量为标准，读取非氧元素相对百分含量对应深度的录井元素含量值，采用最小二乘回归法对Al、Ca、Fe、Mg、K、Si六种录井元素含量进行刻度，得到最终录井元素数据。其中：
Al元素的刻度公式为：Al=1.0107*Al 录井+0.3417；
Ca元素的刻度公式为：Ca=1.1752*Ca 录井-0.347；
Fe元素的刻度公式为：Fe=1.0197*Fe 录井+0.0513；
Mg元素的刻度公式为：Mg=0.9713*Mg 录井-0.1476；
K元素的刻度公式为：K=1.2178*K 录井-0.3291；
Si元素的刻度公式为：Si=1.177*Si 录井-5.2565。
图3至8为A井岩心元素含量与烧失量校正后录井元素含量交会图。
S7、以常规测井采样间隔（0.1524米）为标准，对经步骤S6刻度的最终录井元素数据进行三次样条插值，获得与测井曲线采样率一致的六条录井元素含量曲线，包括Al、Ca、 Fe、Mg、K、Si。
经步骤S3~步骤S7对录井元素数据进行处理后，可得到与岩心分析数据相吻合且与测井曲线采样率一致的元素录井曲线。图9为A井潜山地层元素录井处理前后元素含量与岩心元素含量对比，图中第三道至第八道依次为Al、Ca、Fe、Mg、K、Si元素含量，其中虚线代表预处理前录井元素含量，实线代表预处理后录井元素含量，圆点代表岩心元素含量，可以看出经预处理后元素录井值与岩心分析值之间匹配良好。
S8、根据岩心X衍射矿物分析资料，对潜山层段多种不同名称岩性进行归类合并，将其划分为若干种矿物成分类似的岩性类别，以便于进行测录井岩性识别。由于碎裂岩、构造角砾岩的母岩均为花岗岩，只是在不同的构造作用下，两者受到的破碎作用不同，其矿物组分都是以石英和钾长石为主，与侵入花岗岩在测井和元素录井上的响应特征基本一致，于是将碎裂岩、构造角砾岩和侵入花岗岩归为一类岩性，定名为花岗岩类。因而将A井岩性归类合并为花岗岩类、闪长岩、构造片岩和辉绿岩共四类。
S9、基于常规测井曲线和经预处理后元素录井曲线，采用Fisher判别分析方法对步骤S8划分的四类岩性进行识别，从而获得单井上连续的岩性剖面。基于上述四类岩性在常规测井和元素录井曲线上的特征差异，构建岩性敏感参数参与岩性识别。为了消除不同测井曲线的量纲、数字分布区间带来的影响，采用规则化处理方法，从常规测井曲线中提取反映岩性的正则化自然伽马NGR、密度和中子孔隙度差值Δϕ及骨架岩性指数P值三个测井特征参数，其中：
（5）
（6）
（7）
式中，GR为自然伽马，单位：API；GR min为自然伽马最小值，单位：API；ϕ D为灰岩刻度的视密度孔隙度；ϕ N为中子孔隙度；U为体积光电吸收界面指数，U=PE*DEN，单位：bar/ cm 3；PE为岩石光电吸收截面指数，单位：b/e；U f为流体体积光电吸收截面，取0.36bar/cm 3；DEN为密度测井值，单位：g/cm 3；DT为声波时差测井值，单位：μs/ft；DT f为流体声波时差值，取189μs/ft。
由于不同岩性在元素录井的铁、镁、钙、硅、钾、铝六种元素上差异特征明显，因此，基于录井元素含量曲线Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量构建指示岩性变化的岩性敏感系数Z1、Z2和Z3，分别表示为：
（8）
（9）/>
（10）
式中，Si max为单井硅元素含量最大值，单位：%；Si 基线为单井硅元素含量基线值，单位：%；Al max为单井铝元素含量最大值，单位：%；Al 基线为单井铝元素含量基线值，单位：%；Ca max为单井钙元素含量最大值，单位：%；Ca 基线为单井钙元素含量基线值，单位：%。
基于岩性敏感系数利用Fisher判别分析方法建立潜山地层四类岩性的判别函数。其中：
花岗岩类的判别函数表示为：
；
辉绿岩的判别函数表示为：
；
构造片岩的判别函数表示为：
；
闪长岩的判别函数表示为：
。
S10、分别针对上述4类岩性，将岩心分析孔隙度与对应深度的测井密度、声波时差以及录井元素含量值作单相关性分析，得到不同类别岩性的孔隙度敏感曲线。A井不同岩性岩心分析孔隙度与密度、声波时差及录井元素含量之间单相关性系数如表6所示。
表6
由表6可以看出，对花岗岩类孔隙度较为敏感的曲线为密度、声波时差和钾、硅元素含量。对构造片岩孔隙度较为敏感的曲线为声波时差和钙、镁、硅元素含量。对闪长岩孔隙度较为敏感的曲线为密度和铝、铁、镁元素含量。对辉绿岩孔隙度较为敏感的曲线为密度、声波时差和铁、镁元素含量。
S11、利用由步骤S10得到的孔隙度敏感曲线，对岩心孔隙度进行多元线性拟合，得到不同类别岩性的孔隙度计算模型如表7所示。
表7
利用上述模型计算A井潜山地层孔隙度结果如图10所示。图中右起第四道实线为孔隙度计算结果，圆点为岩心分析孔隙度数据，可以看出，模型计算结果与岩心分析结果吻合程度高。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种潜山地层孔隙度计算方法，其特征在于，其具体步骤为：
S1、对岩石岩心开展光谱测量实验，获得岩石中主要氧化物的相对百分含量，统计光谱测量实验过程中岩石的平均烧失量百分比；所述氧化物包括Al 2 O 3、CaO、Fe 2 O 3、K 2 O、MgO、MnO、Na 2 O、P 2 O 5、TiO、SiO 2；
S2、对潜山地层钻进过程中录取的岩屑样品进行录井元素含量分析，获得岩石主要录井元素的质量百分含量；所述录井元素包括Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、Mn、Fe；
S3、参照步骤S1中的氧化物类型，将步骤S2中获得的Na、Mg、Al、Si、P、K、Ca、Ti、Mn、Fe10种录井元素质量百分含量转化为相应的氧化物含量；
S4、对步骤S3获得的氧化物含量进行烧失量校正，获得校正后各氧化物相对百分含量；
S5、分别将步骤S1获得的氧化物相对百分含量和步骤S4中校正后的氧化物相对百分含量转换为非氧元素的相对百分含量；
S6、以岩心元素含量为标准，读取非氧元素相对百分含量对应深度的录井元素含量值，对Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量进行刻度，得到最终录井元素数据；
S7、对最终录井元素数据进行预处理，获得录井元素含量曲线；
S8、对潜山地层岩性归类合并，划分岩性类别；
S9、基于常规测井曲线和步骤S7获得的录井元素含量曲线，对步骤S8中划分的不同岩性类别进行识别，获得单井上连续的岩性剖面；
S10、针对步骤S8中划分的岩性类别，将岩心分析孔隙度与对应用深度的测井密度、声波时差及录井元素含量值作单相关分析，得到不同类别岩性的孔隙度敏感曲线；
S11、利用孔隙度敏感曲线，对岩心孔隙度进行多元线性拟合，得到不同岩性类别的孔隙度计算模型，通过孔隙度计算模型计算潜山地层孔隙度。
2. 如权利要求1所述的潜山地层孔隙度计算方法，其特征在于，在所述步骤S1中，按照超基性岩、基性岩、中性岩和酸性岩四大类岩石分别统计光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比，或者按照基性岩、中性岩和酸性岩三大类岩石分别统计光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比。
3.如权利要求1或2所述的潜山地层孔隙度计算方法，其特征在于，在所述步
骤S3中，通过公式（1）将录井元素质量百分含量转化为相应的氧化物含量，公式（1）表示为：
（1）
式中，H iO_mud为录井元素i对应氧化物的质量百分含量，单位：%；H i_mud为录井元素i的质量百分含量，单位：%；M iO为元素i对应氧化物的摩尔质量，单位：g/mol；M i为元素i的摩尔质量，单位：g/mol。
4. 如权利要求3所述的潜山地层孔隙度计算方法，其特征在于，在所述步骤S4中，通过公式（2）对步骤S3获得的氧化物含量进行烧失量校正，得到校正后各氧化物相对百分含量，公式（2）表示为：
（2）
式中，G iO_mud为录井元素i对应氧化物的相对百分含量，单位：%；为步骤S3中10种录井元素对应氧化物的质量百分含量之和；H ss_core为光谱测量实验过程中的岩石平均烧失量百分比，单位：%。
5. 如权利要求4所述的潜山地层孔隙度计算方法，其特征在于，在所述步骤S5中，分别通过公式（3）和公式（4）将步骤S1获得的氧化物相对百分含量和步骤S4中校正后的氧化物相对百分含量转换为非氧元素的相对百分含量，公式（3）和公式（4）分别表示为：
（3）
（4）
式中，G i_core为岩心元素i相对百分含量，单位：%；G iO_core为光谱测量实验测量的i氧化物相对百分含量，单位：%；G i_mud为录井元素i相对百分含量，单位：%；为录井元素i对应氧化物的相对百分含量，单位：%。
6.如权利要求1或2所述的潜山地层孔隙度计算方法，其特征在于，在所述步骤S6中，采用最小二乘回归法对Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量进行刻度，其中：
Al元素的刻度公式为：Al=1.0107*Al 录井+0.3417；
Ca元素的刻度公式为：Ca=1.1752*Ca 录井-0.347；
Fe元素的刻度公式为：Fe=1.0197*Fe 录井+0.0513；
Mg元素的刻度公式为：Mg=0.9713*Mg 录井-0.1476；
K元素的刻度公式为：K=1.2178*K 录井-0.3291；
Si元素的刻度公式为：Si=1.177*Si 录井-5.2565。
7.如权利要求1或2所述的潜山地层孔隙度计算方法，其特征在于，在所述步骤S7中，获得录井元素含量曲线的具体步骤为：以常规测井采样间隔为标准，对最终录井数据进行多次样条插值处理，获得与测井曲线采样率一致的录井元素含量曲线。
8.如权利要求1或2所述的潜山地层孔隙度计算方法，其特征在于，在所述步骤S9中，对步骤S8中划分的岩性类别进行识别的具体步骤为：
采用规则化处理方法，从常规测井曲线中提取反映岩性的正则化自然伽马NGR、密度和中子孔隙度差值Δϕ及骨架岩性指数P值三个测井特征参数，其中：
（5）
（6）
（7）
式中，GR为自然伽马，单位：API；GR min为自然伽马最小值，单位：API；ϕ D为灰岩刻度的视密度孔隙度；ϕ N为中子孔隙度；U为体积光电吸收界面指数，U=PE*DEN，单位：bar/cm 3；PE为岩石光电吸收截面指数，单位：b/e；U f为流体体积光电吸收截面，取0.36bar/cm 3；DEN为密度测井值，单位：g/cm 3；DT为声波时差测井值，单位：μs/ft；DT f为流体声波时差值，取189μs/ ft；
基于录井元素含量曲线Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量构建指示岩性变化的岩性敏感系数Z1、Z2和Z3，分别表示为：
（8）
（9）
（10）
式中，Si max为单井硅元素含量最大值，单位：%；Si 基线为单井硅元素含量基线值，单位：%；Al max为单井铝元素含量最大值，单位：%；Al 基线为单井铝元素含量基线值，单位：%；Ca max为单井钙元素含量最大值，单位：%；Ca 基线为单井钙元素含量基线值，单位：%；
基于岩性敏感系数利用Fisher判别分析方法建立潜山地层不同岩性的判别函数表示为：
（10）
式中，f为判别函数，a、b、c、d、e、f、g为常数。
9.一种潜山地层孔隙度计算系统，其特征在于，包括：
实验装置，对岩石岩心开展光谱测量实验，获得岩石中主要氧化物的相对百分含量，所述氧化物包括Al 2 O 3、CaO、Fe 2 O 3、K 2 O、MgO、MnO、Na 2 O、P 2 O 5、TiO、SiO 2；
统计模块，统计光谱测量实验过程中岩石的平均烧失量百分比；
分析模块，对潜山地层钻进过程中录取的岩屑样品进行录井元素含量分析，获得岩石主要录井元素的质量百分含量；所述录井元素包括Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、Mn、Fe；
转化模块，参照所述氧化物类型，将分析模块获得的Na、Mg、Al、Si、P、K、Ca、Ti、Mn、Fe10种录井元素质量百分含量转化为相应的氧化物含量；
校正模块，对转化模块获得的氧化物含量进行烧失量校正，获得校正后各氧化物相对百分含量；
转换模块，分别将实验获得的氧化物相对百分含量和校正模块校正后的氧化物相对百分含量转换为非氧元素的相对百分含量；
刻度模块，以岩心元素含量为标准，读取非氧元素相对百分含量对应深度的录井元素含量值，对Al、Ca、Fe、Mg、K、Si录井元素含量进行刻度，得到最终录井元素数据；
预处理模块，对最终录井元素数据进行预处理，获得录井元素含量曲线；
划分模块，对潜山地层层段多种不同名称岩性进行归类合并，划分为若干种矿物成分类似的岩性类别；
识别模块，基于常规测井曲线和预处理模块获得的录井元素含量曲线，对划分模块划分的不同岩性类别进行识别，获得单井上连续的岩性剖面；
曲线生成模块，针对划分模块划分的不同岩性类别，将岩心分析孔隙度与对应用深度的测井密度、声波时差及录井元素含量值作单相关分析，得到不同类别岩性的孔隙度敏感曲线；
模型生成模块，利用孔隙度敏感曲线，对岩心孔隙度进行多元线性回归，拟合得到不同岩性类别的孔隙度计算模型；
计算模块，通过孔隙度计算模型计算潜山地层孔隙度。
10.如权利要求9所述的潜山地层孔隙度计算系统，其特征在于，在所述预处理模块中，获得录井元素含量曲线的具体步骤为：以常规测井采样间隔为标准，对最终录井数据进行多次样条插值处理，获得与测井曲线采样率一致的录井元素含量曲线。
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